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##Módulo 2: Percepción Remota Satelital Óptica

### Principios de la Percepción Remota

Viviana Vargas Sandoval <a href="https://www.pucv.cl/uuaa/geografia/academicos/viviana-vargas-sandoval">
Perfil Geografía PUCV</a> 
<a href="mailto:viviana.vargas@pucv.cl"> viviana.vargas@pucv.cl</a>

.large[<a href="https://www.pucv.cl/uuaa/site/edic/base/port/labgrs.html">LabGRS</a> | Septiembre 2022]

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## ¿Qué aprenderemos en esta unidad?

Aprenderemos ...

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1) Principios de Percepción Remota Satelital.

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2) Plataformas, sensores y resoluciones.

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3) Geoportales.

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4) Información del Metadato de la imagen.

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## Principios de la Percepción Remota Satelital

### Fundamentos

La Teledetección o Percepción Remota es la ciencia (y hasta cierto punto, el arte) de **adquirir información sobre la superficie de la Tierra sin estar realmente en contacto con ella**. Esto se hace detectando y registrando la energía reflejada o emitida y procesando, analizando y aplicando esa información (Centro de Canadá para la Percepción Remota).

En términos generales, se basa en tres procesos diferenciados:

- La **captura de datos** (sin entrar en contacto directo con ellos - remoto)

- La **transmisión** de estos (envío de datos desde el sensor a una estación receptora) y

- El **análisis** de los mismos (descarga desde el portal y procesamiento por el usuario).

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### La Percepción Remota

.footnote[
 Ilustración: Yang et al. 2013 (10.1038/NCLIMATE1908)

]

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### Principios de la Percepción Remota Satelital

Para poder estudiar remotamente los objetos, los sensores **miden la luz a diferentes longitudes de onda**. El principal emisor de energía es el **Sol**, que envía todas las longitudes de onda a la tierra. Estas atraviesan la atmósfera, interactúan con los objetos sobre la tierra, son devueltas a nuevamente a la atmosfera, llegan al espacio hasta el sensor satelital. Por otra parte, los objetos sobre la Tierra emiten su propia energía, asociada al movimiento de los átomos, esta es energía electromagnética también pero en longitudes de onda en la región termal.

Esta interacción, o flujo, puede ser de tres tipos:

- **Radiación solar reflejada** por los objetos (principalmente luz visible e infrarrojo reflejado).

- **Radiación terrestre emitida** por los objetos (infrarrojo térmico).

- **Radiación emitida por algunos tipos de sensores y reflejada por los objetos** (radar).

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### Energía electromagnética

.footnote[
 Ilustración: NASA

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### Caracteristicas de las logitudes de onda

.footnote[
 Ilustración: Wikimedia Commons 
]

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### Comportamiento del flujo energético con la atmósfera

La energía electromagnética interactúa con diferentes elementos presentes en la atmósfera generando diferentes comportamientos en el flujo energético:

a) Reflexión

b) Refracción

c) Absorción

d) Dispersión (Rayleigh, Mie y No selectiva)

.footnote[
 Ilustración: NASA (2010) 
]

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### Firma o signatura espectral

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### Firma o signatura espectral

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### Plataformas y Sensores

.footnote[
 lustración 
Yamazaki F. & Liu W. Remote sensing technologies for Post-Earthquake damage assessment (2016).
 
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### Sensores Pasivos

.footnote[
 Ilustración: ESA 
] 
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### Sensores Activos

.footnote[
 Ilustración: ESA 
]

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### Sensores

Finalmente, debemos tener en cuenta que ambos tipos de sensores monitorean regiones muy diferentes del espectro electromagnético. Como se puede ver en la siguiente ilustración, el gráfico de arriba muestra lo que se conoce como **"ventanas atmosféricas"**.

.footnote[
 Editado por: LabGRS 
] 
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### Sensores

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### Sensores

<center><img src="data:image/png;base64,#activpass2.png" width="800px"/></center>
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### Resolución Espacial

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### Resolución Espacial: Geometría Aeroespacial

.footnote[
 Izq. Wageningen University | Der. LabGRS 
]

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### Resolución Espacial: Geometría Aeroespacial

.footnote[
 Ilustración: NASA 
]

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### Resolución Temporal

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### Resolución Temporal: Geometría Aeroespacial

.footnote[
 Ilustración: Salvador Hernandez 
]

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### Resolución Espectral

.footnote[
 NASA (2019) 
]

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### Resolución Espectral: Multiespectral vs Hiperespectral

.footnote[
 Izq. Edmunf Optics Worldwide | Der. Open Geo Spatial 
] 
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### Resolución Espectral: Landsat Next

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### Resolución Radiométrica

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### Resolución Angular

.footnote[
 Ilustración: LabGRS 
] 
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### Resolución Angular

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### Resolución Angular
<center><img src="data:image/png;base64,#angular3.png" width="900px"/></center>

.footnote[
 Izq. Google Earth (10/09/2017) | Der. Lillesand et al. (2008) 
] 
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### Comparación entre algunos satelites comerciales y no comerciales
<center><img src="data:image/png;base64,#comparacion.png" width="950px"/></center>

.footnote[
 Precio de referencia Apollo Mapping Imagery (2022) 
]
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### Infraestructura de Datos Espaciales (IDE)

.pull-left[

]
.pull-right[
En la actualidad, ante la necesidad de espacialización de la información territorial, así como también de su accesibilidad, es que se han creado plataformas digitales donde es posible visualizar, consultar y en algunos casos descargar información espacial oficial.

Estas plataformas de datos espaciales se entienden como sistemas e involucran un conjunto de componentes que van más allá del simple dato.

Internacionalmente se define como un “Sistema compuesto por políticas, normas jurídicas y técnicas; especificaciones y estándares; tecnologías; instituciones y recursos humanos, destinados a facilitar y optimizar la generación, el acceso, el uso, el intercambio, integración y disponibilidad de la información, productos y servicios geoespaciales” (IDE Chile. 2018).
]

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### Geoportales
<center><img src="data:image/png;base64,#imagen35.png" width="900px"/></center>

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### Geoportales

Los datos geoespaciales también se pueden ofrecer a través de internet mediante una página web.
El proceso de diseñar, aplicar, generar y visualizar (en cualquier plataforma) estos datos en la web se conoce como web mapping.

Algunas ventajas de los geoportales son:

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- **No es necesario manejar un software SIG**:
El usuario no necesita un software SIG específico, ya que la información se representa a través de un visualizador de mapas en una página web.

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- **Perfil**:
Destinado a un perfil de usuario menos técnico.

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- **Información Espacial**:
La información espacial disponible generalmente está actualizada o incluso es posible de encontrarla en tiempo real.

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- **Interoperabilidad**:
Combinación de diferentes elementos SIG y conexión con otras bases de datos.

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### Productos Satelitales: Nivel de Procesamiento

Los Geoportales nos brindan productos satelitales en diferentes niveles de procesamiento que van desde las imágenes en bruto hasta productos derivados.

- **Nivel 0**: Datos brutos sin ningún tipo de procesamiento.

- **Nivel 1A**: Datos  sin procesar a resolución completa, se incorpora su referencia temporal y datos auxiliares. Se incluyen los coeficientes de calibración geométrica, radiométricas y parámetros de georreferenciación (dar ubicación correcta en el espacio, XY) que fueron calculados y agregados pero no aplicados a datos de Nivel 0.

- **Nivel 1B**: Datos de Nivel 1A que se han procesado en unidades de sensor (no todos los instrumentos tienen datos de origen de nivel 1B).

- **Nivel 1C**: Datos de Nivel 1B que han sido re-muestreados espacialmente.

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### Productos Satelitales: Nivel de Procesamiento

- **Nivel 2**: Variables geofísicas con la misma resolución y localización de los datos de Nivel 1. Aquí encontramos los productos con correcciones atmosféricas.

- **Nivel 3**: Variables mapeadas a escalas uniformes con reconstrucción de datos perdidos y mayor consistencia debido a la implementación de mediciones y calibraciones en terreno. No todas las imágenes satelitales tienen este nivel.

- **Nivel 4**:  Resultados de salidas de análisis de los datos, como por ejemplo mapas de coberturas de usos de suelos o máscaras de cuerpos de agua o nieve. También corresponden a este nivel algunos modelos hidrológicos, climáticos u oceanográficos que sean obtenidos a partir de imágenes de algunos de los niveles anteriores.

Estos niveles pueden variar dependiendo de la naturaleza del sensor y los productos derivados de los mismos. En algunos casos, se pueden generar intermedios en cualquiera de los niveles generales según las necesidades y mejoras producidas en el tiempo.

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### Productos Satelitales: Nomenclatura de los archivos

.left-column[
Es importante leer los manuales de los productos que estamos descargando. La falta de conocimiento puede inducir a procesamientos equivocados y entrega de información errónea.

Dentro de estos manuales podemos encontrar información técnica del sensor y las imágenes.

]

.right-column[
<center><img src="data:image/png;base64,#imagen37.png" width="700px"/></center>
]

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### Productos Satelitales: Nomenclatura de los archivos

.pull-left[
Landsat 8 Nivel 2

]

.pull-right[
Sentinel 2 Nivel 1

<center><img src="data:image/png;base64,#imagen39.png" width="500px"/></center>
]

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### Productos Satelitales: Estructura de los archivos

.footnote[
 Ilustración: LabGRS 
]

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### Productos Satelitales: Extensión de los archivos

Las imágenes digitales utilizadas en la percepción remota óptica pueden venir en diversos formatos.

Las extensiones más comunes son:

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- **GeoTIFF** (Geographical Tagged Image File Format). Fuente de datos en formato Tiff, con la particularidad de que es capaz de almacenar información de referencia espacial.

Ejemplo: Landsat 5, Landsat 7 y Landsat 8.

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- **GMLJP2** (Geographic Markup Language JPEG2000). Muy parecido al formato JPEG pero con mayores beneficios a la hora de comprensión de los datos sin perder información o calidad.

Ejemplo: Sentinel 2A, Sentinel 2B.

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### Productos satelitales: Extensión de los archivos

- **NetCDF** (Network Common Data Form). Fuente de datos creada para el almacenamiento de información científica en varias dimensiones. Esta fuente de información se asocia principalmente a datos de tipos climáticos o productos satelitales. Su gran capacidad de información la hacen muy útil para compartir grandes volúmenes de información.

Ejemplo: CR2MET, CCI Soil Moisture, Ocean Color.

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- **HDF** (Hierarchical Data Format). Al igual que el NetCDF, son fuentes creadas para almacenar grandes volúmenes de información científica espacial.

Ejemplo: Terra/Aqua MODIS.

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### Síntesis

En síntesis, podemos resumir de esta unidad que:

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- La **percepción remota** estudia la **interacción** entre la **luz** (energía electromagnética) emitida por un cuerpo (principalmente el sol) y los **objetos sobre la Tierra**.

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- Las diferentes regiones del espectro electromagnético interactúan con cuerpos cuyas dimensiones son **similares a su longitud de onda**.

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- Las **plataformas son los sistemas que albergan los sensores**. Estos pueden ser terrestres, aéreos o espaciales.

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- Los sensores pueden ser **Pasivos** (si registran la interacción entre la energía emitida por el sol y los objetos en la superficie) y los **Activos** (que emiten su propio pulso energético y registran la interacción de dicho pulso con los objetos sobre la superficie).

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- Debido a características propias de los sensores y las plataformas, las características principales de las imágenes satelitales las podemos reconocer como **resoluciones**: espacial, temporal, espectral, radiométrica y angular.

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## Bibliografía

CCRS (2019). Canada Centre of Remote Sensing. Disponible en: https://www.nrcan.gc.ca/science-and-data/research-centres-and-labs/canada-centre-remote-sensing/21749

Chuvieco, Emilio (2010). Teledeteccion Ambiental. La Observacion de la Tierra Desde el Espacio.

IDE Chile (2018) Infraestructura de datos espaciales de Chile. Disponible en: http://www.ide.cl

Jia, Xiuping (2006). Remote Sensing Digital Image Analysis: An Introduction. 10.1007/3-540-29711-1.

Viera-Gonzalez, Perla (2014). Estudio del acoplamiento de un colector solar con fibras ópticas plásticas para la iluminación de interiores.

Yamazaki, F. & Liu, Wen. (2016). Remote Sensing technologies for post-earthquake dama assessment: A case study on the 2016 Kumamoto earthquake.

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